伊朗设拉子大学开展多环飞轮转子的模块化优化设计

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技术领域：飞轮储能在能量回收领域的应用

开发单位：伊朗设拉子大学机械工程学院 H. Mohammadi

技术突破：开展了轻型列车多环飞轮转子的模块化优化设计的研究，研究了特定情况下飞轮转子的最优配置方案，结果表明使用15个所设计的飞轮储能模块可以为某一线路节省35.1%的能源。

文章名称：Sina Rastegarzadeh, Mojtaba Mahzoon, Hossein Mohammadi. A novel modular designing for multi-ring flywheel rotor to optimize energy consumption in light metro trains. Energy, 2020.

应用价值：通过模块化优化减小了用于轻型地铁列车能量回收的飞轮储能系统的体积，提高了能量回收率，并提供了求解特定情况下飞轮转子的最优配置方案的方法。

地铁列车的速度快，惯性大，而且需要快速停车，这意味着在刹车过程中会浪费很多能量。动态能量回收系统可以在制动期间辅助回收动能，并将其存储在各种储能单元中，例如飞轮储能（FES）、超级电容器（UCs）或电池，并在加速条件下使用。对于地铁列车而言，再生制动系统要求储能系统应具有较高的功率密度和较长的使用寿命，因此飞轮储能从各类储能技术中脱颖而出。

研究人员选择一种多环飞轮转子作为基本模块，通过对每节车厢飞轮转子模块的个数进行最优设计，来降低轻轨列车的能耗。在优化算法中考虑角加速度和重力影响，将单位体积能量作为成本函数，利用实时的速度和加速度数据，对设拉子城市列车系统进行了通用模块化设计。最后，研究人员得出结论：使用15个所设计的飞轮储能模块可以为这一线路节省35.1%的能源，而增加飞轮储能模块的容量并不一定会降低列车的能量消耗。

图1 优化列车能耗的流程图

图2 制动系统使用不同数量飞轮时列车整体能量消耗

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上海交通大学开展再生制动飞轮储能控制研究

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技术领域：飞轮储能在能量回收领域的应用

开发单位：上海交通大学电子信息与电气工程学院 姜建国

技术突破：在分析直流牵引网电压波动的基础上，采用一种基于直流牵引网电压的高速飞轮储能系统充放电控制方法，来实现地铁牵引供电系统中高速飞轮储能系统( FESS) 的有效运行。

文章名称：张丹，姜建国等.地铁牵引供电系统中高速飞轮储能系统控制研究.电机与控制学报，2020.

应用价值：基于飞轮储能的再生制动能量回收控制策略，通过飞轮储能充电来吸收地铁车辆再生制动所产生的巨大能量。

城市地铁交通具有站间距短、载客量大、安全准点，以及车辆启动加速快、制动减速频繁等特点，当车辆再生制动时，将产生巨大的制动能量。动态能量回收系统可以在制动期间辅助回收动能，并将其存储在各种储能单元中，并在加速条件下使用。由于具有能量密度大、能量转换效率高、工作寿命年限长、充放电时间短等优点，飞轮储能作为一种新型的储能装置，是地铁交通能量回收的合适选择。

为了循环利用地铁列车的再生制动能量，研究人员采用基于直流牵引网电压的高速飞轮储能系统充放电控制方法。同时，对地铁直流牵引供电系统中高速飞轮储能系统的控制方法进行研究。在MATLAB /Simulink 中搭建基于高速飞轮储能系统的地铁列车起动与制动仿真模型，验证了所提控制方法的有效性。最后，在国内某地铁牵引站内安装高速飞轮储能系统对所提控制方法进行了实验验证。在现场测试中，高速飞轮储能系统的转速范围可以维持在27 000～36 000 r /min。（来源：电机与控制学报）

图3 飞轮储能型地铁再生制动能量利用系统示意图

图4 高速飞轮转速和SOC 现场实测结果